[发明专利]一种制备高纯铜的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备高纯铜的方法及装置，尤其是涉及一种在硝酸体系下用3N-4N铜电解制备6N及6N以上高纯铜的方法及装置。

背景技术

6N超高纯铜，所含的杂质非常少，具有极小的晶界面积，很少的晶格缺陷，其残余电阻率要比4N铜高20倍左右。因而具有高的导电性能和导热性能，低的软化温度和良好的可加工性。广泛应用于微电子工业溅射靶材及离子镀膜、集成电路键合引线、高保真音频线材、超微型变压器绕组、高级特种合金等领域，具有极高的经济价值及战略意义。

高纯铜制备方法主要有两类：一类是化学提纯法，如电解精炼法、离子交换法等；一类是物理提纯法，如区域熔炼法、真空熔炼法、电子束熔炼法等。一般制备工艺均采用多种方法相结合的提纯方法，工艺流程相对比较复杂，影响质量因素多，产品质量不易控制。

2013年6月19日公开的中国专利申请公告号为CN103160854A的专利“高纯铜的制备方法”，公开了一种硫酸体系电解制备5N高纯铜的方法。该方法采用铜离子浓度为10-100 g/L、在温度为20-80 ℃的条件下进行电解。容易发生CuSO₄·5H₂O结晶而造成的循环管道堵塞，影响生产的正常进行。

2008年10月8日公开的中国专利申请公告号为CN101280430A的专利，公开了一种采用硝酸体系电解、真空感应熔炼或电子束熔炼相结合制备超纯铜的方法。该方法以4N电铜为原料，电解液pH控制为2.0-3.5，采用逆流循环的方式电解得到6N高纯铜。该方法控制较高的电解pH，使溶液电导率下降，槽电压高，能耗增加。实验发现，25 ℃，在铜离子浓度为54g/L的电解液中，pH = 1.01的电解液其电导率为3.79 mS/cm，pH = 2.76的电解液其电导率为2.49 mS/cm，电导率下降了约35%。

公开号为“特开平4-365888”的日本专利，公开了一种采用硝酸体系电解制备6N高纯铜的方法。专利中通过加入双氧水来消除电解过程中产生的氮氧化物对阴极铜质量的影响。在“特开平4-365888”的专利中，双氧水的加入量是根据配制电解液时，向电解液中加入亚硝酸的量来确定的，没有根据实际电解时，电解液中产生的亚硝酸的量来确定。此外，该专利中没有说明在长时间电解时，双氧水的加入周期及使用方法。

公开号为“特开平6-173063”的日本专利，公开了一种采用硝酸体系电解制备6N高纯铜的方法。专利中通过卤化氢消除氮氧化物的影响。但是生成产物NOX不稳定，容易分解，生成亚硝酸和盐酸。NOX具有强氧化性，长时间在溶液中累积会对阴极铜产生影响。且未反应的卤离子容易在阴极沉积，影响阴极铜纯度。

日本专利“平1-152291”采用两次隔膜电解法制备高纯铜。两次隔膜电解工艺冗长，能耗大，操作复杂，成本高。

发明内容

本发明的目的是针对现有硝酸体系制备高纯铜技术中存在的不足，提供一种通过一次电解连续稳定生产高纯铜的方法及装置。本发明采用硝酸体系电解制备高纯铜，在铜离子浓度为40-200 g/L，pH为0.5-3.0电流密度为100-200A/m²，温度为20-30℃的条件下进行恒温电解，通过采用低pH值的电解液和双触点系统降低能耗，通过上进下出平行流的循环方式，用定期加入双氧水来保证电解能够长期稳定的进行，采用定期定量加入盐酸来降低阴极铜中银的含量。通过此方法电解制备得到的高纯铜，经GDMS分析，其纯度达到6N及6N以上。

本发明给出的技术方案是：一种高纯铜的制备方法，其特点是其制备过程依次包括。

（1）配制硝酸铜溶液作为初始电解液。

硝酸铜初始电解液由6N级铜和符合GB/T626-2006优级纯硝酸反应制得，所用的水均为电阻率为18.2 5MΩ•cm超纯水，配制的硝酸铜溶液中，铜离子浓度为40-200 g/L，pH值为0.5-3.0，其中优选铜离子浓度为50-100 g/L，优选pH值为0.5-1.5。

（2）将配制的硝酸铜溶液装入电解槽中。

（3）用4N级铜作为阳极，不锈钢板或钛板作阴极。

阳极板为4N级铜，阴极为不锈钢板或钛板，电解槽内同名极板间距为5-30cm。

（4）启动电解循环，进行直流电解，在阴极板上获得6N高纯铜。

向电解液中加入双氧水防止氮氧化物对阴极铜质量的影响，加入盐酸溶液避免银在阴极析出。